dc.contributor.author
Strasz, Nicola
dc.date.accessioned
2018-06-07T18:48:34Z
dc.date.available
2014-03-10T08:56:53.011Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/5422
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-9621
dc.description.abstract
A vaccine against HIV-1 to keep the pandemic in bay is one of the major goals
in vaccine development. Although the scientific field of vaccine development
is largely supported with extensive fundings, attempts to design a vaccine to
induce potent protection only remained successful in the macaque model, but
not in human trials. In order to address this aim, different hybrid antigens
were designed, comprising sequences of the HIV-1 and PERV transmembrane
protein. P15E, the transmembrane protein of PERV was used as scaffold protein,
since immunization with the ectodomain of different gammaretroviruses resulted
in the induction of neutralizing antibodies in various animal species. These
neutralizing sera recognized epitopes located in the MPER and in the FPPR of
p15E. Alignments of gp41 and p15E showed a sequence homology within the MPER
(F/YEGWFN in the case of gammaretroviruses and NWFNIT, the 4E10 epitope, in
case of HIV-1) despite the evolutionary distance between PERV and HIV-1. Based
on these findings, both epitope regions of p15E recognized by neutralizing
sera were substituted by corresponding sequences derived from gp41 of HIV-1.
One gp41 sequence contained the epitopes of 2F5 and 4E10 in the MPER and the
other corresponded to the FPPR. Structural interaction of the MPER and the
FPPR had been suggested as a reason for an increased binding of 2F5 to its
epitope in the presence of peptides corresponding to the FPPR. In addition, a
direct interaction of FPPR and MPER sequences during infection and a
stabilization of the 6-helix-bundle formation by peptides corresponding to the
MPER and FPPR have been demonstrated. These results allow speculations that an
interaction of the FPPR with the MPER may be required to induce neutralizing
2F5-like and 4E10-like antibodies. On the basis of above mentioned
considerations, four different recombinant hybrid proteins (N1, N2, N3, N4)
were designed, produced by E. coli overexpression and purified up to a purity
of 95%. These four antigens were used for immunization studies in guinea pigs,
rats, goats and one rabbit in a three week immunization regimen. Humoral
antibody responses were evaluated after each immunization with focus on anti-
gp41 specific binding antibodies and recognition sites of these antibodies.
Immune sera were furthermore tested for inhibition of HIV-1 infection.
Immunization studies with recombinant hybrid proteins N1 or N2 induced
antibodies predominantly binding to the FPPR. Weak MPER-specific antibody
responses were observed in rat sera after immunization with N2, these immune
sera did not inhibit HIV-1NL4-3 infection. Immunization of guinea pigs, rats
and one goat with N3 or N4 also induced antibodies binding to the FPPR of
gp41, but also to the 2F5 epitope (ELDKWA) located in the MPER. Immune sera of
guinea pigs and rats immunized with N3 did not show any inhibition of virus
infection as tested in the TZM-bl neutralization assay. Although immune sera
of rats and the goat immunized with N4 also recognized the same epitopes as
after immunization studies with N3, immune sera of one rat and the goat showed
a weak neutralizing effect after the second boost. However, IgG or CHR/MPER-
specific antibodies isolated from these immune sera did not neutralize HIV-
1NL4-3. Nonetheless, the strategy of hybrid proteins used as antigens was
successful in focusing the antibody response towards the desired MPER epitope
and immune sera after vaccination with N4 showed a weak neutralizing effect.
Specific investigations regarding the mechanism of HIV-1 neutralization
mediated by antibodies after immunization with p15E may contribute to
improvement of hybrid protein design and thus the likelihood to induce potent
HIV-1 neutralizing antibodies.
de
dc.description.abstract
Eine der größten Herausforderungen in der Impfstoffentwicklung weltweit ist
die Entwicklung eines Impfstoffs gegen HIV-1 um damit die HIV-1 Pandemie
einzudämmen. Obwohl hohe Summen für Forschungsmitteln auf diesem Gebiet
investiert werden, konnte bis heute kein Antigen und kein effektiver
Immunsierungsplan gefunden werden, welche die Infektion mit dem Retrovirus
komplett verhindern kann. In dieser Arbeit wurde eine Strategie gewählt, die
auf Immunisierungsstudien mit Hybridproteinen basiert. Für diese Studien
wurden redombinante Hybridproteine produziert, die aus Sequenzen des
transmembranen Hüllprotein von HIV-1 und jenem des porcinen endogenen
Retrovirus (PERV) bestehen. Das transmembrane Hüllprotein p15E von PERV wurde
hier als Proteingerüst verwendet, da in Immunisierungsstudien mit der
Ektodomäne von p15E in verschiedenen Tierspezies die Induktion von
neutralisierenden Antikörpern gezeigt werden konnte. Jene PERV
neutralisierenden Seren erkannten sowohl Epitope in der fusionspeptid-
proximalen Region (FPPR), als auch in der membrane-proximalen externen Region
(MPER) des transmembranen Hüllproteins. Alignments von gp41 und p15E zeigten
eine Sequenzhomologie in der MPER (F/YEGWFN bei PERV und NWFNIT im 4E10 Epitop
bei HIV-1) trotz unterschiedlicher Evolution beider Retroviren. Aufgrund
dieser Sequenzhomologie wurden jene Epitope in der FPPR und MPER von p15E, die
von neutralisierenden Seren erkannt wurden, durch korrespondierende Sequenzen
in gp41 ersetzt. Ziel dieser Arbeit war es, Immunisierungsstudien mit diesen
Hybridproteinen durchzuführen und die induzierte Antikörperantwort zu
charakterisieren. Hierfür wurden vier verschiedene Hybridantigene (N1, N2, N3,
N4) konstruiert, in E. coli exprimiert und bis zu einer Reinheit von 95%
aufgereinigt. Diese vier Antigene wurden für Immunisierungsstudien in
Meerschweinchen, Ratten, Kaninchen und Ziegen verwendet, wobei die Tiere in
einem 3 Wochenabstand immunisiert wurden. Nach jeder Immunisierung wurden die
Antiseren der Versuchstiere auf die Induktion von HIV-1 spezifischen
Antikörpern untersucht, sowie die Epitope jener Antiköperpopulationen
bestimmt. Zusätzlich wurden die Immunseren auf Neutralisation von HIV-1
untersucht. Immunsierungen mit N1 oder N2 induzierten eine FPPR-fokussierte
Immunantwort in Ratten und Meerschweinchen. MPER-spezifische Antikörper
konnten nur in Immunseren von N2 immunisierten Ratten festgestellt werden,
jedoch konnte keine HIV-1 neutralisierende Wirkung der Immunseren nach der
Immunisierung mit den Hybridproteinen N1 oder N2 nachgewiesen werden.
Immunisierungen von Meerschweinchen, Ratten und einer Ziege mit den
Hybridantigenen N3 und N4 induzierten FPPR spezifische, sowie MPER bindende
Antikörper, die das gleiche Epitop erkannten wie der breitneutralisierende
Antikörper 2F5. Immunseren oder isolierte IgGs der Meerschweinchen und Ratten
nach Immunisierung mit N3 zeigten keine Inhibition der HIV-1NL4-3 Infektion in
den TZM-bl und C8166 Zell-basierten Neutralisationsassays. Nur für das
Immunserum eines Meerschweinchens konnte eine schwache Neutralisation in dem
PBMC-basierten Neutralisationsassay nachgewiesen werden, allerdings nicht für
die isolierten IgGs aus diesem Immunserum. Obwohl die Immunseren von Ratten
und einer Ziege nach der Immunisierung mit N4 die selben Epitope erkannten wie
nach den Immunisierungstudien mit N3 konnte eine virusspezifische, schwache
Neutralisation von HIV-1NL4-3 durch ein Rattenserum und dem Ziegenserum nach
der dritten Immunisierung mit N4 gezeigt werden. Dieser neutralisierende
Effekt wurde allerdings nicht durch IgG oder MPER-spezifischen Antikörpern
vermittelt, welche aus dem Serum isoliert wurden. Obwohl die Seren nach
Immunisierung mit N4 nur einen schwachen neutralisierenden Effekt zeigten,
stellt der Ansatz von Hybridproteinen einen innovativen Ansatz zur MPER
gerichteten Vakzinentwicklung dar. Die genauere Untersuchung des Mechanismus
zur Induktion von neutralisierenden Antikörpern durch Immunisierung mit dem
Transmembranprotein p15E könnte dabei helfen, weitere Hybridproteine zu
optimieren und damit eine stärker neutralisierende Immunantwort zu erlangen.
en
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
gammaretrovirus
dc.subject
recombinant protein
dc.subject
neutralizing antibodies
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik
dc.title
Vaccination studies with the MPER of HIV-1 gp41 grafted into the transmembrane
envelope protein of a gammaretrovirus
dc.contributor.contact
nicola.strasz@gmx.at
dc.contributor.firstReferee
PD Dr. Norbert Bannert
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. Rupert Mutzel
dc.date.accepted
2014-02-14
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000096303-5
dc.title.translated
Immunisierungsstudien mit rekombinanten Hybridproteinen bestehend aus
Sequenzen des transmembranen Hüllproteins von HIV-1 und Gammaretroviren
de
refubium.affiliation
Biologie, Chemie, Pharmazie
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000096303
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000014908
dcterms.accessRights.dnb
free
dcterms.accessRights.openaire
open access